Generating preview...
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ KHOA CƠ ĐIỆN TỬ BÀI TẬP LỚN Học phần: Cảm biến và xử lý tín hiệu Mã HP: ME4511 Đề tài: Thiết kế hệ thống đo cường độ ánh sáng dựa trên vi điều khiển và cảm biến quang trở Sinh viên MSSV Lớp/Khóa Nhóm Phùng Thế Duy 20194990 CĐT07-K64 17 Đào Tiến Dũng 20194969 CĐT07-K64 17 Hoàng Tuấn Phát 20195129 CĐT07-K64 17 Giảng viên hướng dẫn: TS. Hoàng Sỹ Tuấn
HÀ NỘI, 10/2022 Mục Lục 1.Giới thiệu về cảm biến LDR2 1.1.Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động 2 1.1.1.Cấu tạo 2 1.1.2.Nguyên tắc hoạt động 2 1.2.Thông số kỹ thuật cơ bản 3 1.3.Ký hiệu 3 2. Thiết kế sơ đồ kết nối4 2.1.Lựa chọn bộ điều khiển 4 2.2.Vẽ sơ đồ mạch điện 5 3. Xử lí tín hiệu đo và đánh giá kết quả 6 3.1.Phương pháp 6 3.2.Chương trình phần mềm 9 1
1.Giới thiệu về cảm biến LDR 1.1.Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động: 1.1.1.Cấu tạo Quang điện trở là điện trở được làm bằng chất quang dẫn. Cấu tạo quang trở rất đơn giản với hai bộ phận chính là phần trên và phần dưới. ● Phần dưới đều là các màng kim loại được liên kết liên thông qua các đầu cực. ● Phần trên là linh kiện được thiết kế với khả năng tiếp xúc tối đa nhất với hai màng kim loại. Linh kiện cũng được đặt trong hộp nhựa để nâng cao khả năng tiếp xúc với ánh sáng và nắm được sự biến đổi của cường độ ánh sáng. Quang điện trở được cấu tạo bằng chất bán dẫn và có đặc điểm điện trở giảm khi ánh sáng chiếu vào. Thành phần chính để tạo nên quang trở đó chính là Cadmium Sulphide (CdS) được sử dụng là chất quang dẫn, thường không chứa hoặc có rất ít các hạt electron khi không được ánh sáng chiếu vào. Cấu tạo quang trở 1.1.2.Nguyên tắc hoạt động: 2
Nguyên lý hoạt động của quang điện trở dựa vào hiện tượng quang điện trong. Cụ thể, cách hoạt động của LDR như sau: ● Khi có ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn: Lúc này sẽ làm bật các electron khỏi phân tử, trở thành tự do. Chúng sẽ khiến sự dẫn điện tăng lên, làm giảm điện trở của chất bán dẫn. ● Khi không có ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn: nội trở của chất bán dẫn sẽ tăng đến vô cùng. Hiểu đơn giản, khi có ánh sáng chiếu vào, các hạt phân tử điện được tăng lên và hoạt động nhiều hơn. Từ đó làm chất bán dẫn thành dẫn điện, điện trở sẽ giảm đi. 1.2.Thông số kỹ thuật cơ bản Điện áp tối đa 150V Công suất tối đa 100Mw Giá trị đỉnh phổ 540 nm Trở sáng (10 Lux) 10~20 kΩ Trở tối 1 MΩ Nhiệt độ hoạt động 30~70 oC Thời gian đáp ứng + Tăng: 20ms + Giảm: 30 ms 1.3. Ký hiệu: 3
● Có 2 kiểu ký hiệu của quang trở trong mạch điện: Người ta ký hiệu LDR dựa trên biểu tượng một điện trở được bao quanh bằng một vòng tròn. Trong ký hiệu của quang trở có hai mũi tên chiếu vào để biểu thị sự thay đổi theo ánh sáng. 2. Thiết kế sơ đồ kết nối: 2.1. Lựa chọn bộ điều khiển: Sử dụng Vi điều khiển: Arduino Arduino R3 Atmega328 Thông số kỹ thuật của Arduino board: 4
3.1.Phương pháp: Cắm LDR vào bảng mạch khung và đảm bảo rằng phần phẳng của cảm biến song song với mặt đất. Kết nối đồng hồ vạn năng với 2 dây dẫn của LDR để đo điện trở. Đặt cảm biến của đồng hồ đo ánh sáng bên cạnh LDR. Đảm bảo mức sáng chiếu vào 2 cảm biến là như nhau. Ghi lại giá trị đọc của điện trở LDR và lux của đồng hồ đo ánh sáng. Lặp lại quá trình cho nhiều mức độ chiếu sáng khác nhau từ rất tối (0 lux) đến rất sáng ( hàng nghìn lux). Từ các phép đo thu được từ LDR và đồng hồ đo ánh sáng, ta xây dựng được bảng giá trị và biểu đồ: Điện trở của Cường độ ánh quang trở (R) sáng (lux) log(R ) log(lux) 130000 1 5.113943352 0 65000 2 4.812913357 0.301029996 11000 20 4.041392685 1.301029996 6700 54 3.826074803 1.73239376 3500 100 3.544068044 2 2600 200 3.414973348 2.301029996 2100 250 3.322219295 2.397940009 2000 300 3.301029996 2.477121255 1900 350 3.278753601 2.544068044 6
1700 400 3.230448921 2.602059991 1400 500 3.146128036 2.698970004 1280 590 3.10720997 2.770852012 1200 640 3.079181246 2.806179974 1090 700 3.037426498 2.84509804 880 930 2.944482672 2.968482949 740 1270 2.86923172 3.103803721 523 1976 2.718501689 3.29578694 410 2460 2.612783857 3.390935107 324 3340 2.51054501 3.523746467 4000 3500 3000 2500 2000 lux 1500 1000 500 0 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 Điện trở (Ohms) Resistance vs Lux Để đưa về dạng phương trình đơn giản hơn, dạng y = ax + b. Ta lấy logarit cơ số 10 của 2 biến số (độ sáng và điện trở). Kết quả thu được biểu đồ kết quả của log của lux như là 1 hàm của log của điện trở: 7
log(R) vs log(lux) 4 3.5 3 2.5 2 log(R) vs log(lux) log(lux)1.5 1 0.5 0 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 log(Resistance) Với phương trình y = -1.4x +7.098 Ta thu được phương trình: log(lux)=−1.4∗log(R)+7.098 ⇨ 10log(lux)=10−1.4∗log(R)+7.098 ⇨ lux=107.098∗R−1.4 ⇨ lux=(1.25∗107)∗R−1.4 Tiếp theo ta sẽ xây dựng hệ thống đo cường độ ánh sáng sử dụng arduino: - Xây dựng một mạch phân áp đơn giản với LDR và điện trở. Nguồn 5V được phân chia giữa điện trở 5kΩ và LDR: 8
- Nguồn 5 V được phân chia giữa LDR và điện trở 5 kohm. Khi điện trở của LDR thay đổi, phần điện áp trên hai điện trở cũng thay đổi. Nếu điện áp trên điện trở 5 Ohm được đo bằng Arduino, thì rất dễ dàng xác định mức điện trở mà LDR đang thể hiện. Sau khi xác định được mức điện trở của LDR, sử dụng công thức đã thiết lập, ta hoàn toàn có thể tính được cường độ ánh sáng lux qua công thức: lux=(1.25∗107)∗R−1.4 3.2. Chương trình phần mềm 9
Showing the first 10 pages. Download the document to see it all.
No comments yet. Be the first!
Comments (0)
No comments yet. Be the first!